建筑基础防冻胀体系设计方法、存储介质及设备技术

建筑基础防冻胀体系设计方法、存储介质及设备，属于建筑技术领域。为了解决目前缺少防冻胀体系设计方法而完全依赖于经验的问题，本发明专利技术首先基于防冻胀体系安全性，计算施加防冻胀体系后地梁所受应力σ，基于施加防冻胀体系后地梁所受应力得到评价指标μ1；基于防冻胀体系各层的防冻胀材料计算防冻胀材料的成本和碳排放量，并得到经济μ2与环境评价指标μ3；基于三个指标的评价参数确定防冻胀体系总评价参数δ，针对防冻胀体系中各材料层厚度计算出δ；将使各材料层厚度进行改变，再次迭代计算δ；若当前δ大于之前的δ，则保留当前的δ，若当前δ值降低，继续随机变化，直至δ的变化量小于等于阈值，此时防冻胀体系各层厚度即为最佳设计厚度。即为最佳设计厚度。即为最佳设计厚度。

【技术实现步骤摘要】
建筑基础防冻胀体系设计方法、存储介质及设备

：
[0001]本专利技术属于建筑
，具体涉及一种建筑基础防冻胀体系的优化设计方法、存储介质及设备。

技术介绍
：
[0002]地梁是一种与基础相连接的闭合结构，与构造柱共成抗震限裂体系，具有减缓不均匀沉降的作用。土体不均匀冻胀变形是寒区地梁破坏的重要因素之一，因此，为防止土体冻胀变形对地梁造成破坏，需要对与地梁相接触的地面进行防冻胀体系构造。然而，针对防冻胀体系的设计，目前仅通过现场施工经验进行，铺设细砂、聚苯板等材料对冻胀变形进行吸收，而对细砂、聚苯板等冻胀吸收材料的铺设厚度尚无科学指导，无法对防冻胀体系的冻胀变形吸收效果进行科学计算、预测，因此往往出现设置的防冻胀材料变形过大后无法重复利用、冻胀吸收效果有限的问题，或防冻胀材料设置厚度过大，造成施工成本与施工难度上升。同时根据经验进行设计，无法全面的根据冻胀变形吸收效果、生态效益与经济成本的多因素进行优化计算，难以综合各方面的考量得出防冻胀体系的最佳设计新方案。

技术实现思路
：
[0003]本专利技术为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术提出了一种建筑基础防冻胀体系设计方法。
[0004]一种建筑基础防冻胀体系设计方法，针对层状结构的防冻胀体系进行设计，包括以下步骤：
[0005]S1、基于防冻胀体系安全性，计算施加防冻胀体系后地梁所受应力σ：
[0006][0007]式中，E
i
、F
i
为不同材料弹性模量、弹性极限，l
i
为第i层防冻胀材料的应变；S、α和D分别为施工当地冻土冻胀对地梁应力、冻土冻胀变形率以及冻土深度；∑L
i
为防冻胀体系总厚度，E
j
为第j种未到达弹性极限的防冻胀材料的弹性模量；L
i
为第i层防冻胀材料的厚度；l
nmax
为第n种达到弹性极限的防冻胀材料的最大弹性应变值，L
n
为第n种达到弹性极限的防冻胀材料的厚度；
[0008]然后基于施加防冻胀体系后地梁所受应力得到应力评价指标μ1：
[0009][0010]其中S为施工当地冻土冻胀对地梁应力；
[0011]S2、基于防冻胀体系各层的防冻胀材料计算防冻胀材料的成本和碳排放量，并得到经济评价指标μ2与环境评价指标μ3：
[0012][0013][0014]其中，Cost、Carbon为每种设计方案的对应的经济成本和碳排放量；Cost
max
、Carbon
max
分别为防冻胀体系在厚度设计的边界条件下对应的理论最大经济成本和最大碳排放量；
[0015]S3、基于三个指标的评价参数确定防冻胀体系总评价参数δ：
[0016][0017]式中，k1、k2与k3为冻胀力降低效果、材料总成本与碳排放权重系数；
[0018]然后随机输入各材料层厚度，联立如下方程组求解此时σ的具体数值；
[0019][0020]基于此时求解的σ的具体数值，若存在σ＞F
i
，则认为此时防冻胀体系部分材料超出弹性极限，选用E
i
·
l
i
≥F
i
对应的σ公式求解应力评价指标μ1以及对应的防冻胀体系综合评价指标δ；否则，选择E
i
·
l
i
＜F
i
对应的σ公式求解应力评价指标μ1以及对应的防冻胀体系综合评价指标δ；然后将各材料层厚度进行改变，按照相同的方式再次迭代计算δ；比较δ值的变化量，若当前δ大于之前的δ，则保留当前的δ，若当前δ值降低，继续随机变化，直至重复超过最低循环次数且δ的变化量小于等于变化量阈值，此时对应的防冻胀体系各层厚度即为最佳设计厚度。
[0021]优选地，所述变化量阈值为0.001。
[0022]优选地，所述防冻胀体系总厚度∑L
i
≤0.5m。
[0023]优选地，所述施加防冻胀体系后地梁所受应力σ的设计过程包括以下步骤：
[0024]对于防冻胀体系而言，存在两种变形情况：
[0025]1.各防冻胀材料冻胀时应处于完全弹性状态，冻土融化时防冻胀材料能够恢复到初始状态；冬季冻土冻胀时，每层防冻胀材料的变形之和应为冻土冻胀变形量；以防冻胀结构为研究对象，对于每层防冻胀材料，视作线弹性结构，当材料处于弹性阶段时，每层防冻胀材料的所受力与地梁所受的冻胀应力相等，根据胡克定律，地梁所受冻胀应力等于任意防冻胀材料应变与弹性模量乘积：
[0026]∑ΔL
i
＝∑(L
i
·
l
i
)＝L＝α
·
(D
‑
∑L
i
)
[0027]σ＝E1l1＝E2l2＝E3l3＝
…
[0028]此时E
i
·
l
i
≤F
i
或l
i
≤l
imax
[0029]其中，ΔL
i
为第i层防冻胀材料的变形大小，L
i
、l
i
分别为第i层防冻胀材料的厚度和应变；L为冻土冻胀变形，冻土冻胀变形由冻土冻胀变形率与冻土深度的乘积表示；∑L
i
为防冻胀体系总厚度，α为冻土冻胀变形率，D为施工当地冻土深度；E
i
为第i层防冻胀材料的弹性模量，F
i
、l
imax
分别为第i层防冻胀材料的弹性极限和最大应变值，F
i
＝E
i
·
l
imax
；
[0030]2.当存在某防冻胀材料所受应力超过防冻胀材料弹性极限时，认为防冻胀材料无法完全吸收冻土冻胀变形；此时，冻土冻胀变形分为两部分，一部分是防冻胀体系吸收的变
形，一部分为防冻胀体系未吸收的变形；
[0031]防冻胀体系吸收的总变形为：
[0032]ΔL＝ΔL1+ΔL2+ΔL3[0033]其中，ΔL为防冻胀体系吸收的总变形，ΔL1为防冻胀体系减小冻土深度而降低的冻土冻胀变形，ΔL1＝α
·
∑L
i
，∑L
i
为防冻胀体系的总厚度；ΔL2为防冻胀材料未超过弹性极限而受力变形而吸收的冻土冻胀变形，E
j
为第j种未到达弹性极限的防冻胀材料的弹性模量；ΔL3为防冻胀材料由于达到弹性极限而吸收的变形，ΔL3＝∑l
nmax
L
n
，l
nmax
为第n种达到弹性极限的防冻胀材料的最大弹性应变，L
n
为第n种达到弹性极限的防冻胀材料的厚度；
[0034]从而得到，防冻胀体系吸收的总变形ΔL：
[0035][0036]地梁所受的冻胀应力根据未吸收的冻土冻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种建筑基础防冻胀体系设计方法，其特征在于，针对层状结构的防冻胀体系进行设计，包括以下步骤：S1、基于防冻胀体系安全性，计算施加防冻胀体系后地梁所受应力σ：存在E
i
·
l
i
≥F
i
式中，E
i
、F
i
为不同材料弹性模量、弹性极限，l
i
为第i层防冻胀材料的应变；S、α和D分别为施工当地冻土冻胀对地梁应力、冻土冻胀变形率以及冻土深度；∑L
i
为防冻胀体系总厚度，E
j
为第j种未到达弹性极限的防冻胀材料的弹性模量；L
i
为第i层防冻胀材料的厚度；l
nmax
为第n种达到弹性极限的防冻胀材料的最大弹性应变值，L
n
为第n种达到弹性极限的防冻胀材料的厚度；然后基于施加防冻胀体系后地梁所受应力得到应力评价指标μ1：其中S为施工当地冻土冻胀对地梁应力；S2、基于防冻胀体系各层的防冻胀材料计算防冻胀材料的成本和碳排放量，并得到经济评价指标μ2与环境评价指标μ3：：其中，Cost、Carbon为每种设计方案的对应的经济成本和碳排放量；Cost
max
、Carbon
max
分别为防冻胀体系在厚度设计的边界条件下对应的理论最大经济成本和最大碳排放量；S3、基于三个指标的评价参数确定防冻胀体系总评价参数δ：式中，k1、k2与k3为冻胀力降低效果、材料总成本与碳排放权重系数；然后随机输入各材料层厚度，联立如下方程组求解此时σ的具体数值；基于此时求解的σ的具体数值，若存在σ＞F
i
，则认为此时防冻胀体系部分材料超出弹性极限，选用E
i
·
l
i
≥F
i
对应的σ公式求解应力评价指标μ1以及对应的防冻胀体系综合评价指标δ；否则，选择E
i
·
l
i
＜F
i
对应的σ公式求解应力评价指标μ1以及对应的防冻胀体系综合评价指标δ；然后将各材料层厚度进行改变，按照相同的方式再次迭代计算δ；比较δ值的变化量，若当前δ大于之前的δ，则保留当前的δ，若当前δ值降低，继续随机变化，直至重复超过最低循环次数且δ的变化量小于等于变化量阈值，此时对应的防冻胀体系各层厚度即为最佳设计厚度。
2.根据权利要求1所述的一种建筑基础防冻胀体系设计方法，其特征在于，所述变化量阈值为0.001。3.根据权利要求1所述的一种建筑基础防冻胀体系设计方法，其特征在于，所述防冻胀体系总厚度∑L
i
≤0.5m。4.根据权利要求3所述的一种建筑基础防冻胀体系设计方法，其特征在于，所述施加防冻胀体系后地梁所受应力σ的设计过程包括以下步骤：对于防冻胀体系而言，存在两种变形情况：1.各防冻胀材料冻胀时应处于完全弹性状态，冻土融化时防冻胀材料能够恢复到初始状态；冬季冻土冻胀时，每层防冻胀材料的变形之和应为冻土冻胀变形量；以防冻胀结构为研究对象，对于每层防冻胀材料，视作线弹性结构，当材料处于弹性阶段时，每层防冻胀材料的所受力与地梁所受的冻胀应力相等，根据胡克定律，地梁所受冻胀应力等于任意防冻胀材料应变与弹性模量乘积：∑ΔL
i
＝∑(L
i
·
l
i
)＝L＝α
·
(D
‑
∑L
i
)σ＝E1l1＝E2l2＝E3l3＝
…
此时E
i
·
l
i
＜F
i
或l
i
＜l
imax
其中，ΔL
i
为第i层防冻胀材料的变形大小，L
i
、l
i
分别为第i层防冻胀材料的厚度和应变；L为冻土冻胀变形，冻土冻胀变形由冻土冻胀变形率与冻土深度的乘积表示；∑L
i
为防冻胀体系总厚度，α为冻土冻胀变形率，D为施工当地冻土深度；E
i
为第i层防冻胀材料的弹性模量，F
i
、l
imax

【专利技术属性】
技术研发人员：左卫锋，胡阿平，冯小建，张伟，张海亮，张奉超，刘金果，杨东雷，杨志明，贾敏杰，霍彦霖，
申请(专利权)人：中铁一局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：